通过挤出烹饪法制备的不同晶体形态的淀粉-脂质复合物的体外消化及粪便发酵研究

《Carbohydrate Polymers》：In vitro digestion and faecal fermentation of starch-lipid complexes with distinct crystalline forms prepared by extrusion-cooking

淀粉-脂质复合物通过挤压烹饪制备，其结晶结构类型（VⅠ型或VⅡ型）影响体外消化和发酵特性。VⅡ型复合物酶解抗性更强，发酵后短链脂肪酸（SCFAs）尤其是丁酸产量更高，归因于产SCFAs菌群增殖。

　　

陈超|孙蓉|朱月明|王翠萍|于静琳|王书军

天津科技大学食品营养与安全国家重点实验室，天津，300457，中国

摘要

通过挤压烹饪方法制备了玉米淀粉（MS）与月桂酸（LA）之间的复合物，并研究了仅含有V_I型或V_II型晶体的复合物的体外消化和发酵特性。复合物的形成和结构在很大程度上取决于挤压条件的参数。在特定的挤压条件下，制备出了仅含有V_I型或V_II型晶体的MS-LA复合物。体外酶消化实验表明，MS-LA复合物（尤其是V_II型复合物）比相应的挤压玉米淀粉更耐淀粉酶分解。体外发酵实验发现，消化后复合物残渣中的微生物群落发生了变化，并产生了更多的短链脂肪酸（SCFAs），这比相应的挤压淀粉和果寡糖（FOS）更为显著。值得注意的是，V_II型复合物发酵产生的SCFAs（尤其是丁酸）更多，这归因于产生SCFAs的细菌Megasphaera、Blautia、Agathobacter和Subdoligranulum的生长更为旺盛。本研究清楚地表明，通过挤压烹饪可以制备出具有不同晶体形式的淀粉-脂质复合物，且更有序的V_II型复合物可能具有更好的益生元功能。

引言

作为饮食中主要的血糖来源，淀粉在提供对人类健康和营养至关重要的能量方面起着关键作用。经过热处理后，天然淀粉会首先糊化，失去其晶体结构，并退化为一种结晶度较低的形态（Wang等人，2015年）。加热过程中从颗粒中渗出的直链淀粉可以通过疏水作用和范德华力与合适的脂质结合形成单螺旋结构的直链淀粉-脂质复合物（通常简称为淀粉-脂质复合物）（Putseys等人，2010年；Wang等人，2022年）。淀粉-脂质复合物可以堆叠成V_I型和V_II型晶体，这些晶体根据其晶体完整性和熔点进行分类。V_I型晶体的结晶区域较少，熔点较低（<105?°C），而V_II型晶体的结晶度较高，熔点超过110?°C（Wang等人，2020年，Wang等人，2024年；Yan等人，2022年）。淀粉-脂质复合物的形成降低了淀粉的膨胀能力和溶解度（Wang等人，2016年），提高了糊化温度和糊状物的粘度（Chao等人，2020年），减少了淀粉的回生（Wang等人，2015年），增强了其对酶水解的抵抗力（Gutiérrez & Tovar，2021年）以及益生元功能（Qin等人，2021年）。

淀粉-脂质复合物可以通过多种方法制备（Wang等人，2020年），其中挤压烹饪被认为是一种高效、环保且经济的方法。挤压烹饪制备的淀粉-脂质复合物的形成和性质受到进料速率、水分含量、挤压温度和螺杆速度的影响（De Pilli等人，2008年；De Pilli, Derossi, Talja, Jouppila和Severini，2012年；De Pilli, Legrand, Derossi和Severini，2015年；De Pilli, Giuliani, Buléon, Pontoire和Legrand，2016年；Jafari等人，2017年）。较低的水分含量有利于淀粉-脂质复合物的形成（De Pilli等人，2008年；Jafari等人，2017年），这可能是由于在较低水分含量下产生的剪切力更大，导致淀粉颗粒破坏更严重（De Pilli等人，2016年；Leonel等人，2009年）。较高的挤压温度和螺杆速度也有助于淀粉-脂质复合物的形成（De Pilli等人，2008年；Jafari等人，2017年）。有研究表明，挤压烹饪制备的淀粉-脂质复合物可以减缓淀粉的酶消化（Liu等人，2023年；Wei等人，2025年；Chao, Huang等人，2024年）。以往的研究主要集中在挤压烹饪制备的淀粉-脂质复合物的制备、结构表征和酶消化方面，关于仅含有V_I型或V_II型晶体的淀粉-脂质复合物及其发酵特性的信息较少。

饮食中的发酵特性是决定肠道微生物群组成和代谢活动的关键因素，从而影响宿主健康（Bai等人，2024年；Zmora等人，2019年）。最近，由于淀粉-脂质复合物的耐酶特性，其发酵行为受到了越来越多的关注。与其他耐酶淀粉相比，淀粉-脂质复合物表现出更优异的体外发酵特性，包括调节肠道微生物组成和促进短链脂肪酸（SCFAs）的产生，尤其是丁酸（Chao, Liang等人，2024年；Qin等人，2021年；Shen等人，2023年；Guo等人，2024年）。此外，淀粉-脂质复合物还被证明有助于缓解肥胖、炎症性肠病（IBD）等代谢紊乱，这归因于它们在促进微生物群生长和产生SCFAs方面的独特优势（Qin等人，2023年；Sun, Chao, Wang等人，2024年；Zheng等人，2020年）。这些发现表明，淀粉-脂质复合物是功能性食品中具有潜力的益生元，可以改善肠道健康。在本研究中，我们旨在验证仅含有V_I型或V_II型晶体的淀粉-脂质复合物可以通过挤压烹饪精确制备，并且它们的体外粪便发酵特性取决于其晶体形式。为此，我们使用玉米淀粉和月桂酸作为代表性底物，在不同条件下通过挤压烹饪制备淀粉-脂质复合物，然后通过差示扫描量热法（DSC）分析筛选出仅含有V_I型或V_II型晶体的复合物，并研究它们的消化和发酵特性。该研究证明了通过挤压烹饪制备结构可控且功能性的淀粉-脂质复合物的可行性，这对功能性食品的开发具有实际意义。

材料

玉米淀粉（MS，含水量9.4%，直链淀粉含量22.7%）购自滨州金汇发展有限公司（山东，中国）。月桂酸（LA，C12:0）购自天祥药业有限公司（山东，中国）。猪胰α-淀粉酶（PPA，A3176，类型VI-B，来自猪胰腺，11?U/mg）、4-羟基苯肼（PAHBAH，H9882）和果寡糖（FOS，F8052）购自Sigma-Aldrich Chemical有限公司（美国密苏里州圣路易斯）。所有其他化学品均为分析级。

通过挤压烹饪制备MS-LA复合物

MS-LA复合物的CI值

CI值常用于表征直链淀粉与脂质之间的复合程度，CI值越高表示复合程度越高，形成的淀粉-脂质复合物量也越多（Chao等人，2020年；Chao, Yu等人，2018年）。图1A显示了在固定水分含量为25%和螺杆转速为200?rpm的条件下，MS-LA复合物的CI值随着...的增加而从74.2%升高到84.1%

结论

总之，这是首次通过挤压烹饪方法制备出V_I型和V_II型玉米淀粉-月桂酸复合物的研究。在适当的挤压条件下，制备出了仅含有V_I型或V_II型晶体的淀粉-脂质复合物。体外酶消化实验表明，挤压制备的淀粉-脂质复合物的消化率低于相应的挤压淀粉，且V_II型复合物更耐淀粉酶分解

作者贡献声明

陈超：撰写 – 原稿撰写、方法学设计、实验实施、资金申请。孙蓉：实验实施。朱月明：撰写 – 审稿与编辑。王翠萍：实验实施。于静琳：撰写 – 审稿与编辑。王书军：撰写 – 审稿与编辑、监督、资金申请、概念构思。

未引用的参考文献

Cerqueira, Photenhauer, Pollet, Brown和Koropatkin, 2020

Zhao等人，2018

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢国家自然科学基金（编号：32202053、32030084、U22A20545）的财政支持。